[发明专利]高能凝胶静态钒电池

说明书

本发明涉及一种高能凝胶静态钒电池，其使用正极凝胶态电解液和负极凝胶态电解液，二者各自包括钒活性物质、酸和凝胶剂，正极凝胶态电解液的钒活性物质浓度范围3.0‑7.0M之间，正极凝胶态电解液的硫酸酸度范围3.0‑6.0M；负极凝胶态电解液的钒活性物质的浓度范围为3.0‑7.0M，负极凝胶态电解液的硫酸浓度范围为3.0‑5.7M，其中，正极凝胶态电解液含有1‑10wt％凝胶剂，负极凝胶态电解液含有1‑5wt％凝胶剂。本发明提高了电池的能量密度，改善了电解液结晶现象，缓解了正负极之间产生的渗透压差，提高了电池的寿命。

技术领域

本发明涉及一种高能凝胶静态钒电池。

背景技术

全钒液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。全钒液流电池能量密度低，大概只有24Wh/kg左右，又因为是液流电池，占地面积大，不适合移动。

高能凝胶静态钒电池是将存储在电解液中的能量转换为电能，是通过两组不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间进行交换电子来实现的。由于这个电化学反应是可逆的，所以高能钒电池既可以充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子价态的变化，电能和化学能能相互转换。高能凝胶静态钒电池的标称电压为1.25V，电压是个单元电压串联而成，电流是由电池单位内电极的表面积决定。高能凝胶静态钒电池与传统的钒液流电池对比，不需要外加管道、泵、阀、储罐，可以节约成本；密封在塑料外壳里，不存在漏液渗液的隐患；结构简单，不需要复杂的流道设计；转换效率高，没有额外功率消耗。

肖玉璋在CN1319207C专利中提出高能静态钒电池，此专利中高能静态钒电池的电解液中含高浓度钒离子和稳定剂。其稳定剂可以防止高浓度钒离子析出。但此专利中未提到，在充放电过程中，电池内部发热和正负极电解液容易发生迁移导致电池两侧体积不一致，产生的渗透压也不一致，导致电池容量衰减。

专利201080058340.X[P]中其静态钒电池是正负极都是采用钒盐作为活性物质，将钒盐溶解在硫酸中，然后干燥多余水分成为固态活性物质，制作工艺繁琐，需要真空干燥，电池内阻高，充放电测试只采用了5mA/cm²的电流密度，不能进行大电流充放电。同时电解液接近固态，在充放电过程中容易产生枝晶，影响寿命。

发明内容

为了克服上述现有技术中电池在充放电过程中正负极电解液迁移导致两侧渗透压不一致和电解液容易结晶，产生枝晶现象，提出一种高能凝胶静态钒电池，其使用正极凝胶态电解液和负极凝胶态电解液，二者各自包括钒活性物质、酸(硫酸)和凝胶剂，正极凝胶态电解液的钒活性物质浓度范围3.0-7.0M之间，优选3.5-6.5M，更优选4-6M，正极凝胶态电解液的硫酸酸度范围3.0-6.0M，优选3.5-5.5M；负极凝胶态电解液的钒活性物质的浓度范围为3.0-7.0M，优选3.5-6.5M，负极凝胶态电解液的硫酸浓度范围为3.0-5.7M，优选3.5-5.0M，其中，正极凝胶态电解液含有1-10wt％，优选2-8wt％凝胶剂，负极凝胶态电解液含有1-5wt％，优选2-4wt％凝胶剂。

进一步地，正极和负极凝胶态电解液钒活性物质为3.0-7.0M，优选4.0-6.0M的3.5价态钒离子。

优选地，正极凝胶态电解液的钒浓度和酸度高于负极凝胶态电解液的钒浓度和酸度，更优选正极凝胶态电解液的钒浓度比负极凝胶态电解液的钒浓度高2％以上，优选高5％以上，更优选高10％以上，例如高10-20％；正极凝胶态电解液的酸度比负极凝胶态电解液的酸度高1％以上，更优选高2％以上，更优选高5％以上，例如5-10％。